新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)在礦山地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用

高成雷

（中鐵十四局集團(tuán)第一工程發(fā)展有限公司，山東 日照 276800）

礦山法地質(zhì)工程測(cè)量，就是指在礦山法施工模式之下，采用現(xiàn)代化數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)與水文特征，獲取關(guān)于地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤情況、地下水位等方面的數(shù)據(jù)，為運(yùn)用礦山法施工工藝提供數(shù)據(jù)支持。礦山法作業(yè)主要運(yùn)用于硬巖石構(gòu)造、地質(zhì)環(huán)境較差的作業(yè)環(huán)境中，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的圍巖變形較快，自穩(wěn)沉降能力較弱，很容易在工程作業(yè)中引起施工地表的下沉、坍塌，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。因此，在類似的作業(yè)環(huán)境中，城際高速鐵路工程施工會(huì)選擇礦山法進(jìn)行作業(yè)。為了保證礦山法作業(yè)的有序落實(shí)，技術(shù)人員靈活運(yùn)用數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，將傳統(tǒng)測(cè)繪與定位技術(shù)、遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)綜合技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，從而簡(jiǎn)化測(cè)繪過(guò)程、提高測(cè)繪精準(zhǔn)性與可靠性，為工程施工提供真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)。

1 工程概況

珠三角城際軌道交通廣佛環(huán)線——“廣州南站至白云機(jī)場(chǎng)段GFHD—2 工程”，線路起源于廣州市天河區(qū)廣汕一路，向北穿過(guò)銀排山，橫穿廣河高速，之后沿著西北方向穿過(guò)烏仔山，進(jìn)入大源村，再向北穿過(guò)大源村，之后在廣東涉外經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院終止；起止位置分別設(shè)龍河站、大源站。

具體施工方案為：（1）線路①DSK28+090～DSK28+500、線路②DSK31+960～DSK35+230、線路③XJ0+000～XJ0+594.813；（2）全程上行線路約為4 686.849 m，下行線路約為4 661.398 m，共設(shè)11 座橫通道，如表1。

表1 “廣州南站至白云機(jī)場(chǎng)段GFHD—2 工程”礦山法施工安排

根據(jù)工程路線情況分析，本線路全程穿越山區(qū)，需要分別穿越銀排山、烏仔山；考慮到穿越山區(qū)環(huán)境中巖石結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，且容易產(chǎn)生作業(yè)地面沉降的問(wèn)題，本次采用礦山法施工。為了更好地了解施工環(huán)境情況，有序落實(shí)礦山法施工工藝，在施工之前采用新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)開(kāi)展地質(zhì)測(cè)量工作，獲取精確數(shù)據(jù)，支持工藝的實(shí)施。

2 在礦山法工程地質(zhì)測(cè)量中運(yùn)用新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)越性

根據(jù)“廣州南站至白云機(jī)場(chǎng)段GFHD—2 工程”實(shí)際情況來(lái)看，線路全過(guò)程面臨大范圍的復(fù)雜地形，包括：黃土、凍土、瓦斯、膨脹圍巖、凍脹土、突泥等等，高速鐵路工程建設(shè)施工時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到下穿山脈等復(fù)雜基礎(chǔ)工程，比如：穿越銀排山、烏仔山。在施工之前，技術(shù)人員要詳細(xì)了解地下情況，分析臨近區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況、地下環(huán)境等，充分考慮施工對(duì)周圍自然結(jié)構(gòu)、既有建筑物與構(gòu)筑物的影響，通過(guò)地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取與分析，確保工程施工工藝不會(huì)影響整體工程的安全與穩(wěn)定。在建設(shè)中，城際高速鐵路的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所穿越的地質(zhì)巖層環(huán)境較為復(fù)雜，甚至還會(huì)遭遇多種復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)，若出現(xiàn)失誤引起不良地質(zhì)條件的爆發(fā)，會(huì)造成不可預(yù)估的損失，嚴(yán)重影響工程建設(shè)進(jìn)度，造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失等。

基于此種情況，在礦山法施工的地質(zhì)測(cè)量中，技術(shù)人員運(yùn)用新型測(cè)繪技術(shù)，其具有較強(qiáng)優(yōu)越性，具體如下：

（1）測(cè)繪精度高，有助于獲取精準(zhǔn)可靠數(shù)據(jù)。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)相較于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，具有更高的精確度，這是由于其在傳統(tǒng)測(cè)繪工程的基礎(chǔ)上，引入了GIS、GPS、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)，甚至引入了BIM 技術(shù)；經(jīng)過(guò)往期大量工程實(shí)踐驗(yàn)證，數(shù)字測(cè)繪技術(shù)能夠獲取到精準(zhǔn)、真實(shí)、全面的數(shù)據(jù)資料。在本次工程的礦山法施工中，需要大量的地質(zhì)數(shù)據(jù)作為支撐，保證數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)度至關(guān)重要。運(yùn)用新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，充分發(fā)揮其精準(zhǔn)性，能夠有效減少技術(shù)人員由于操作失誤引起的測(cè)量誤差，降低了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生概率、縮小了數(shù)據(jù)偏差范圍，能夠有效改善數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)引起的分析問(wèn)題。新型數(shù)據(jù)測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)將地質(zhì)數(shù)據(jù)以坐標(biāo)點(diǎn)形式呈現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)定位坐標(biāo)點(diǎn)構(gòu)建放東西模型，提高地質(zhì)測(cè)量工作效率。

（2）自動(dòng)化程度較高，有助于充分利用測(cè)繪數(shù)據(jù)。新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，不僅具有精準(zhǔn)獲取地質(zhì)情況數(shù)據(jù)的能力，也具備整理數(shù)據(jù)、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、測(cè)繪圖文的功能。技術(shù)人員利用新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)設(shè)備，在自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持之下，能夠進(jìn)一步控制測(cè)繪儀器的運(yùn)行，調(diào)整信號(hào)強(qiáng)弱與程度，更靈活地獲取地質(zhì)信息。完成信息獲取之后，還可以通過(guò)數(shù)字測(cè)繪系統(tǒng)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)資料，以便于之后的隨時(shí)取用；也可以根據(jù)系統(tǒng)功能，繪制形成模型圖、曲線圖等，更直觀呈現(xiàn)地質(zhì)情況，以便于更有計(jì)劃地落實(shí)礦山法作業(yè)。

3 礦山法地質(zhì)工程測(cè)量中的新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)

根據(jù)“廣州南站至白云機(jī)場(chǎng)段GFHD—2 工程”的礦山法施工方案，技術(shù)人員可以運(yùn)用如下三種新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境、數(shù)據(jù)獲取需求、地質(zhì)情況呈現(xiàn)需求，選擇合適的技術(shù)。

（1）數(shù)字格柵測(cè)繪地圖技術(shù)。數(shù)字化格柵測(cè)繪地形圖，就是指借助信息技術(shù)、測(cè)繪工具，測(cè)量礦山法作業(yè)區(qū)域中的工程數(shù)據(jù)，獲取地質(zhì)資源資料；之后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，精準(zhǔn)劃分作業(yè)區(qū)域內(nèi)不同的地質(zhì)資源分布區(qū)域，以便于技術(shù)人員確定“穿山”線路，避免在施工過(guò)程中破壞原本區(qū)域中的地質(zhì)資源，提高作業(yè)的環(huán)保性。在工程施工中，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就可以搭建數(shù)據(jù)資源獲取結(jié)構(gòu)，這樣可以在施工的過(guò)程中實(shí)時(shí)了解地質(zhì)資源、地下結(jié)構(gòu)的分布情況，為確定作業(yè)方式與線路提供依據(jù)。

（2）地理信息技術(shù)。新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于能夠充分展現(xiàn)地理信息，讓技術(shù)人員更直觀了解地質(zhì)條件。在工程的礦山法作業(yè)中，利用地理信息技術(shù)開(kāi)展地質(zhì)測(cè)量，可以依托衛(wèi)星技術(shù)、定位技術(shù)獲取立體化數(shù)據(jù)；整理與整合數(shù)據(jù)，能夠全面掌握施工區(qū)域的地質(zhì)信息。之后搭建施工區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，既可以隨時(shí)查看地質(zhì)信息，也可以為之后的工程作業(yè)提供依據(jù)。地理信息技術(shù)的運(yùn)用中，技術(shù)人員借助軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)置，精準(zhǔn)定位地質(zhì)測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)整理與分析，提前發(fā)現(xiàn)施工中可能遇到的問(wèn)題。

（3）數(shù)字測(cè)量技術(shù)。數(shù)字測(cè)量技術(shù)是在基礎(chǔ)數(shù)字測(cè)繪技術(shù)基礎(chǔ)上的拓展，將其運(yùn)用于礦山法作業(yè)中，可以制定完備的工程計(jì)劃，有序展開(kāi)測(cè)量工作。在數(shù)字測(cè)量技術(shù)運(yùn)用中，每個(gè)階段的測(cè)量任務(wù)均有明確的規(guī)劃與安排，能夠提高測(cè)量效率，避免時(shí)間與資源的浪費(fèi)。在運(yùn)用這一技術(shù)時(shí)，需要綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特征，既要獲取數(shù)據(jù)資料，也要注意保護(hù)周圍山體與圍巖結(jié)構(gòu)，兼顧經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。

4 礦山法地質(zhì)工程測(cè)量中的新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用方法

4.1 選擇新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)

在工程的礦山法地質(zhì)測(cè)量中，技術(shù)人員要根據(jù)本工程的作業(yè)需要，充分考慮城際高速鐵路在穿山施工中的情況，靈活選擇合適的技術(shù)。相較于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)（如表2），新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)以更加直觀、立體的形式呈現(xiàn)出來(lái)，且獲得更多的數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)^(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在深層次挖掘山體、落實(shí)礦山法作業(yè)時(shí)，還可以深入獲取礦山法作業(yè)之后周圍的情況變化，搭建研究模型。

表2 新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)性能對(duì)比

4.2 獲取工程地質(zhì)數(shù)據(jù)

“廣州南站至白云機(jī)場(chǎng)段GFHD—2 工程”的礦山法作業(yè)中，技術(shù)人員開(kāi)展地質(zhì)測(cè)量工作，采用模型構(gòu)建軟件，同時(shí)在區(qū)域內(nèi)設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，選擇地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水文特征專用檢測(cè)儀器，連接數(shù)字測(cè)繪系統(tǒng)，分別獲取如下地質(zhì)數(shù)據(jù)。

（1）地形地貌信息。區(qū)域內(nèi)地形地勢(shì)起伏較大，地面局部原始坡度達(dá)到了15°～45°，發(fā)現(xiàn)局部位置出現(xiàn)低山基巖變質(zhì)、出露的情況，低山區(qū)域很少存在植被生長(zhǎng)。

（2）地層巖性。上覆地層為全新人工填土，包括：素土、沖洪積松軟質(zhì)地黏土、坡洪積層等。下覆地層為細(xì)角礫土。

（3）地質(zhì)構(gòu)造。存在黃泥坑斷層，為一壓性斷層，走向趨勢(shì)為NE-SW，發(fā)生斷裂傾斜方向?yàn)槲鞅保瑑A斜角度約為55°；作業(yè)中需要穿越此斷層，斷層破碎帶寬度約為50 m。巖層受周圍區(qū)域巖層地質(zhì)形態(tài)變化的影響，出現(xiàn)局部節(jié)理裂隙發(fā)育。

（4）水文特征。地下水源來(lái)自第四系隙潛水、裂隙水，最大涌水量約為22 729 m3/d。

（5）不良施工條件。部分施工區(qū)域臨近村莊，此區(qū)域可以選擇非爆開(kāi)挖方法，避免影響周圍村民日常生活。部分區(qū)域中存在低瓦斯氣體，測(cè)量瓦斯壓力為0.28 mPa，作業(yè)時(shí)需提前加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯情況，加設(shè)風(fēng)機(jī)提升通風(fēng)性。

4.3 構(gòu)建云數(shù)據(jù)模型

根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合利用新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)獲取的地質(zhì)數(shù)據(jù)材料，采用MIDAS/GTS 軟件構(gòu)建模型。技術(shù)人員選擇模型數(shù)據(jù)參數(shù)，根據(jù)測(cè)繪中地層參數(shù)數(shù)據(jù)（如表3）選擇模型，實(shí)時(shí)形成地質(zhì)測(cè)繪報(bào)告。

表3 數(shù)字測(cè)繪技術(shù)獲取的地層數(shù)據(jù)

之后，根據(jù)模型情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦山法施工情況，形成三維模擬立體圖形（如圖1），為技術(shù)人員繼續(xù)落實(shí)礦山法施工提供依據(jù)。

圖 1 “廣州南站至白云機(jī)場(chǎng)段GFHD—2 工程”礦山法施工模擬圖形

4.4 依托地質(zhì)信息開(kāi)展工程監(jiān)測(cè)

在借助新型測(cè)繪技術(shù)獲取地質(zhì)信息、構(gòu)建模型之后，技術(shù)人員要借助數(shù)字測(cè)繪技術(shù)展開(kāi)礦山法施工的工程監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)中反饋的施工情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理，以此保證礦山法穩(wěn)定推進(jìn)。在礦山法作業(yè)中，技術(shù)人員在區(qū)域內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（如圖2），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖、地表的變形情況，監(jiān)測(cè)附近村落中建筑物與構(gòu)筑物的水平位移與傾斜情況；之后形成時(shí)態(tài)趨向，根據(jù)曲線圖顯示與變化分析可能出現(xiàn)的問(wèn)題，確保礦山法作業(yè)的順利進(jìn)行。

圖 2 測(cè)繪點(diǎn)布設(shè)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦山法施工的地質(zhì)測(cè)量工作中，技術(shù)人員靈活運(yùn)用多種不同數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，目的在于提升地質(zhì)工程測(cè)量質(zhì)量，獲取更加詳細(xì)、精準(zhǔn)、可靠的數(shù)據(jù)，為城際高速鐵路工程的礦山法施工提供依據(jù)。通過(guò)本次研究，發(fā)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，新型數(shù)字測(cè)繪技術(shù)不僅能夠獲取更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，還可以形成相應(yīng)的模型，輔助技術(shù)人員展開(kāi)地質(zhì)分析，極大程度上提高了地質(zhì)測(cè)量實(shí)效性。在今后運(yùn)用數(shù)字測(cè)繪技術(shù)時(shí)，建議技術(shù)人員要切實(shí)結(jié)合工程實(shí)際情況，根據(jù)工程施工需求與工藝特點(diǎn)靈活運(yùn)用數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，這樣才能夠得到工程施工所需要的數(shù)據(jù)指標(biāo)，才能最大程度上發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。